哈工大测量学授课课件 第2章 水准测量课件

1、第二章第二章 水准测量水准测量高程测量，测定地面点高程的工作高程测量，测定地面点高程的工作高程测量高程测量按所使用的仪器和施测方法的不 同，可以分为水准测量水准测量、三角高程测三角高程测 量量、GPSGPS高程测量高程测量和气压高程测量气压高程测量。水准测量水准测量是目前精度较高的一种高程测量方法。 2.1 水准测量原理水准测量原理1.1.水准测量原理水准测量原理 二二.水准测量原理水准测量原理 h hABAB 0 0，高差为正，前视点，高差为正，前视点高；高； h hABAB 0 0，高差为负，前视点，高差为负，前视点低。低。 高差必须带高差必须带“+“+、 - -”号；号； h hABAB

2、的下标次序必须与测量的下标次序必须与测量的前进方向一致。的前进方向一致。 例：例： 已知已知 h hABAB=+1.436 m =+1.436 m 则则 h hBABA=-1.436 m=-1.436 mA A、B B两点之间的高差两点之间的高差： hAB = a b （后视（后视-前视）前视）则则B B点的高程为点的高程为：HB = HA + hAB 2.2.连续安置水准仪的测量方法连续安置水准仪的测量方法 两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若 干转点转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。hAB=h1+ h2+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+(an-bn) =a-bhAB.

3、高差法高差法 A A、B B两点之间的高差两点之间的高差：hAB = a b 则则B B点的高程为点的高程为：HB = HA + hAB 仪高法仪高法 仪器的视线高程为仪器的视线高程为：Hi = HA + a 则则B B点的高程为点的高程为：HB = Hi b 仪高法主要用在架设一次仪器须测定多个未知点。仪高法主要用在架设一次仪器须测定多个未知点。高差法主要用在架设一次仪器须测定一个未知点。高差法主要用在架设一次仪器须测定一个未知点。 2.2 2.2 水准测量仪器和工具水准测量仪器和工具一、一、水准仪水准仪 按按精度精度分为分为： DS05 DS1 DS3 DS10 D D指大地测量指大地测量

4、 S S指水准仪指水准仪 数字数字1、3等指每公里往返高差测量中误差等指每公里往返高差测量中误差 按按仪器构造仪器构造分为分为： 微倾式水准仪微倾式水准仪 自动安平水准仪自动安平水准仪 激光水准仪激光水准仪 电子水准仪电子水准仪 DS3 3级微倾式级微倾式水准仪的构造水准仪的构造 水准仪的三个组成部分：水准仪的三个组成部分： 望远镜、水准器、基座望远镜、水准器、基座水准仪的水准仪的三个组成部分：三个组成部分： 望远镜、望远镜、水准器、水准器、基座基座望远镜望远镜 作用：作用：瞄准目标、读取读数瞄准目标、读取读数 包括：包括：物镜物镜1 1、目镜、目镜2 2、调焦透镜、调焦透镜3 3、十字丝分划

5、板、十字丝分划板4 4、 物镜对光螺旋物镜对光螺旋5 5 、目镜对光螺旋、目镜对光螺旋6 6 视准轴视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。：物镜光心与十字丝交点的连线。视差视差 观测者的眼睛在目镜端上下移动时，目标像与十字观测者的眼睛在目镜端上下移动时，目标像与十字丝有相对移动。丝有相对移动。 产生的原因：目标成像面与十字丝分划板不重合。产生的原因：目标成像面与十字丝分划板不重合。 消除的办法：消除的办法：反复进行物镜、目镜对光。反复进行物镜、目镜对光。水准器水准器 水准管：水准管：玻璃制成的圆弧管，内有水玻璃制成的圆弧管，内有水准气泡。准气泡。 水准管轴：水准管轴：水准管零点的圆弧切线。水准管

6、零点的圆弧切线。 零点：零点：水准管圆弧的中点。水准管圆弧的中点。 原理：原理：当气泡位于零点时，水准管轴当气泡位于零点时，水准管轴水平。水平。 作用：作用：精平仪器，用微倾螺旋调节。精平仪器，用微倾螺旋调节。水准管的分划值水准管的分划值 定义：定义：2mm2mm弧长所对的圆心角弧长所对的圆心角 公式：公式： =2/R=2/R =206265 =206265 性质：性质： 1 1、R R愈大，愈大，愈小，水准管的精愈小，水准管的精度愈高，反之亦然。度愈高，反之亦然。 2 2、DS3DS3水准仪的分划值为水准仪的分划值为20 20 /2mm/2mm圆水准器圆水准器 构造：构造：玻璃制成的球面装置

7、。玻璃制成的球面装置。 零点：零点：圆水准器的球面顶点。圆水准器的球面顶点。 圆水准器轴：圆水准器轴：过零点的球面法线过零点的球面法线 分划值分划值：一般为一般为8810 10 作用：作用：粗平仪器，一般用三个脚螺旋调节。粗平仪器，一般用三个脚螺旋调节。基座基座 作用：作用：支撑仪器支撑仪器 包括：包括：底座、三个脚螺旋、固定螺旋底座、三个脚螺旋、固定螺旋水准仪的几何轴线水准仪的几何轴线 视准轴：视准轴：物镜光心和十字丝交点的连线物镜光心和十字丝交点的连线 水准管轴：水准管轴：水准管圆弧顶点的切线水准管圆弧顶点的切线 圆水准器轴：圆水准器轴：圆水准器球面零点的法线圆水准器球面零点的法线 仪器竖

8、轴：仪器竖轴：仪器的竖直中心旋转轴仪器的竖直中心旋转轴Koni007自动安平自动安平水准仪水准仪Zeiss Koni007自动安平水准仪自动安平水准仪的工作原理自动安平水准仪的工作原理 2.自动安平补偿器自动安平补偿器结构结构2.自动安平补偿器结构水准仪的轴线及其应满足的条件水准仪的轴线及其应满足的条件CCLLVVLL1.四条轴线 视 准 轴 CC 水准管轴 LL 圆水准轴 LL 竖 轴 VV(1) LL/ VV(2) 横丝VV(3) LL / CC (主要条件主要条件) 2. 应满足的三个条件三个条件对以上三个条件进行检验和校正2.3 DS2.3 DS3 3级微倾式水准仪的使用级微倾式水准仪

9、的使用操作程序与方法 安置粗平瞄准精平读数 安置时考虑前、后视等距； 粗平时掌握“左手大拇指法”； 瞄准时包括消除视差； 在精平状态下(符合气泡符合时)读数； 读数估读至毫米。符合气泡符合尚未符合符合气泡符合，水准管轴与视线水平。“左手大拇指法左手大拇指法”整平：气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。 ab bc c粗平的操作粗平的操作 水准测量的瞄准与读数 a a0.7250.7251.4981.4986.2926.292二、二、水准尺和尺垫水准尺和尺垫 水准尺水准尺 种类：折尺、塔尺、直尺种类：折尺、塔尺、直尺 作用：读数作用：读数尺垫尺垫 作用：转点处放水准尺，作用：转点处放水

10、准尺， 起临时传递高程。起临时传递高程。2.4 2.4 普通普通水准测量水准测量一、一、水准点水准点 w通常记为：通常记为：BMBM 表示方法：表示方法：BMA72.458 2.4.1 水准点水准点为统一全国的高程系统和满足各种测量的需要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为水准点水准点(Bench Mark，通常缩写为BM)。水准点分为临时性水准点和永久性的水准点。永久性的国家等级水准点一般用钢筋混凝土制成，并深埋入地下。在建筑工地上的临时性水准点可用大木桩，在木桩的顶端再钉上一颗具有圆球形表面的钉子，木桩周围用水泥混凝土加固。 水准点埋设之后，为便于以后使用时寻找，应做点之

11、记。即详细记载水准点所在的位置（如水准点距离某个房子多少米，周围有什么建筑物等）、水准点的编号和高程，测设日期等。 有了水准点，我们就可以用它来测其他待定点的高程了。 2.4.2 实施方法实施方法在每一测站的水准测量中，为了能及时发现观测中的错误，通常采用双面尺法或两次仪器高法进行观测，以检查高差测定中可能发生的错误。 双面尺法为每一测站上用两组不同的水准尺面的读数来测定相邻两点间的高差， 两次仪器高法为每一测站上用两次不同仪器高度的水平视线来测定相邻两点间的高差。 水准测量的检核方法水准测量的检核方法 1、计算检核、计算检核 h1=a1-b1 hn=an-bn h=h1+h2+ +hn 同时

12、同时h= a - b 比较两种结果？相等比较两种结果？相等高差计高差计算正确。算正确。 转点转点TP（Turning Point）：起传递高程作用的点。它既）：起传递高程作用的点。它既充当前视点，又充当后视点。转点的高程一般不用计算。充当前视点，又充当后视点。转点的高程一般不用计算。测站 点 号水准尺读数高 差高 程备 注后 视前 视+-1A2.1420. 884123. 446已知TP11. 2582TP10.9280.307TP21. 2353TP21. 6640. 233TP31.4324TP31. 6720.402B2.074123.854计算检核a=6. 406 -5. 998 +0

13、.408b=5. 9981. 117 -0. 709 + 0.4080. 709123. 446-123.854= + 0.408 2 2、测站检核、测站检核 变仪高法：改变仪器的高度，测出两次变仪高法：改变仪器的高度，测出两次黑面高差，差值黑面高差，差值6mm6mm（等外水准），取平（等外水准），取平均值。均值。 双面尺法：用黑、红面同时读数，测出双面尺法：用黑、红面同时读数，测出黑、红面高差，差值黑、红面高差，差值5mm35 mm 要校正 (1)(1)检验检验 a.场地准备(CA、CB等距，约50米) b.在C测定A、B的正确高差： h正确=(a1-)-(b1-)=a1-b1=h c.仪器

14、至B近旁，读数b2、a2：h=a2-b2水准管轴平行于视准轴的检验与校正水准管轴平行于视准轴的检验与校正 LL / CCLL / CC（2）校正）校正方法方法1：校正水准管a.计算A尺水平视线读数： a2=b2+h b.转动微倾螺旋，使横丝瞄准读数 a2：CC水平 c. 校正水准管气泡居中：LL水平（LL / CC） d. 重复检验直至符合要求。水准管水准管的校正的校正螺丝像螺丝像片片水准管的一端水准管的校正螺丝a.保持水准管气泡居中即LL水平； b.调整十字丝环上、下校正螺丝，使横丝对准读数 a2即 CC水平，从而LL / CC。2134十字丝环校正螺丝十字丝环校正螺丝方法方法2：校正十字丝

15、2.6 2.6 精密水准仪与水准尺精密水准仪与水准尺精密水准仪和精密水准尺精密水准仪和精密水准尺精密水准仪的构造（徕卡精密水准仪的构造（徕卡N3N3型）型） 精密水准仪精密水准仪(precise level)(precise level)主要用于国家一、二等水准测量和高精度主要用于国家一、二等水准测量和高精度的工程测量中，例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大的工程测量中，例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。型精密设备安装的水平基准测量等。 精密水准仪、水准尺精密水准仪、水准尺WILD N3、精密水准精密水准尺尺WILD N3WILD

16、N3精密精密自动安平水准仪自动安平水准仪精精密密水水准准尺尺精密水准尺的构造（因瓦水准尺）精密水准尺的构造（因瓦水准尺） 图为徕卡公司生产的与新图为徕卡公司生产的与新N3N3精密水准仪配套的精密水准精密水准仪配套的精密水准尺。尺。 水准尺全长约水准尺全长约3.2m3.2m，在因，在因瓦合金钢带上刻有两排分划，瓦合金钢带上刻有两排分划，左边一排分划为左边一排分划为基本分划基本分划，数，数字注记从字注记从0 0到到300cm300cm，右边一排，右边一排分划为分划为辅助分划辅助分划，数字注记从，数字注记从300cm300cm到到600cm600cm，基本分划与辅，基本分划与辅助分划的零点相差一个常

17、数助分划的零点相差一个常数301.55cm301.55cm，称为，称为基辅差基辅差或或尺常尺常数。数。精密水准仪及其读数原理精密水准仪及其读数原理 N3 N3水准仪上有一个测微螺旋。当精平后，通过旋转水准仪上有一个测微螺旋。当精平后，通过旋转测微螺旋使平板玻璃俯仰倾斜，使得水平视线产生偏移，测微螺旋使平板玻璃俯仰倾斜，使得水平视线产生偏移，以对准一个整分划读数。然后在以对准一个整分划读数。然后在测微尺测微尺上读取小数部分。上读取小数部分。精密水准仪及其读数原理精密水准仪及其读数原理 精密水准仪上设有平行玻璃板测微器精密水准仪上设有平行玻璃板测微器, ,它的最大视线它的最大视线平移量为平移量为1 cm1 cm，它对应测微尺上的，它对应测微尺上的100100个分格，测微尺个分格，测微尺上上1 1个分格等于个分格等于0.01 cm0.01 cm，可估读到，可估读到0.001cm0.001cm。如图所示：如图所示： 水准尺水准尺读数为：读数为：148 cm 148 cm 测微器测微器读数为：读数为：0.655 cm 0.655 cm 则读数为：则读数为： 148+0.655=1.48655 m148+0.655=1.48655 m。2.7 2.7 电子（数字）水准仪